沖壓過程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).doc

沖 壓 工 藝培訓(xùn)教材魏 龍2004-5第一章 緒 論冷沖壓是一種先進(jìn)的金屬加工方法，它是建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，利用模具和沖壓設(shè)備對(duì)板料金屬進(jìn)行加工，以獲得所需要的零件形狀和尺寸。沖壓工藝應(yīng)用范圍十分廣泛，在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中，幾乎都有沖壓加工產(chǎn)品，如汽車、飛機(jī)、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀表、鐵道、郵電、化工以及輕工日用產(chǎn)品中均占有相當(dāng)大的比重。冷沖壓和切削加工比較，具有生產(chǎn)率高、加工成本低、材料利用率高、產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定、操作簡單、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別適合大批量生產(chǎn)。一、 沖壓工序的分類冷沖壓工藝按其變形性質(zhì)可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序又可分為落料、沖孔和切邊等，如表1-1所示。成形工序可分為彎曲、拉深、翻孔、翻邊、脹形、擴(kuò)口、縮口和旋壓等，如表1-2所示。根據(jù)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸精度和其他技術(shù)要求，可分別采用各種工序?qū)Π辶厦鬟M(jìn)行加工，以獲得滿意的零件。表1-1 分離工序工序名稱簡圖特點(diǎn)及應(yīng)用范圍落料用沖模沿封閉輪廓曲線沖切，沖下部分是零件。用于制造各種形狀的平板零件。沖孔用沖模沿封閉輪廓曲線沖切，沖下部分是廢料。切邊將成形零件的邊緣修切整齊或切成一定形狀。表1-2 成形工序工序名稱簡圖特點(diǎn)及應(yīng)用范圍彎曲將板料沿直線彎成各種形狀，可以加工形狀極為復(fù)雜的零件。拉深將板料毛坯成形制成各種空心的零件。翻孔在預(yù)先沖孔的板料半成品上或未經(jīng)沖孔的板料沖制成豎立的邊緣。第二章 沖 裁沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生分離的沖壓工序，包括落料、沖孔、切口、剖切、修邊等。用它可以制作零件或?yàn)閺澢?、拉深、成形等工序?zhǔn)備毛坯。一、 落料從板料上沖下所需形狀的零件（或毛坯）叫落料。如圖2-1所示。 圖2-1 落料 圖2-2 沖孔二、沖孔在工件上沖出所需形狀的孔（沖去的為廢料）叫沖孔。如圖2-2所示。三、沖裁的過程沖裁既是分離工序，工件受力時(shí)必然從彈、塑性變形開始，以斷裂告終。當(dāng)凸模下降接觸板料，板料即受到凸、凹模壓力而產(chǎn)生彈性變形，板料產(chǎn)生彎曲，即從模具表面上翹起（圖2-3-1）。隨著凸模下壓，模具刃口壓入材料，內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)滿足塑性條件時(shí)，產(chǎn)生塑性變形（圖2-3-2）。塑性變形從刃口開始，隨著刃口的深入，變形區(qū)向板料的深度方向發(fā)展、擴(kuò)大，直到在板料的整個(gè)厚度方向上產(chǎn)生塑性變形，板料的一部分相對(duì)于另一部分移動(dòng)。當(dāng)切刃附近材料各層中達(dá)到極限應(yīng)變與應(yīng)力值時(shí)，便產(chǎn)生微裂（圖2-3-3），裂紋產(chǎn)生后，沿最大剪應(yīng)變速度方向發(fā)展，直至上、下裂紋會(huì)合，板料就完全分離。簡而言之，即：彈性變形塑性變形裂紋產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生斷裂。 圖2-3-1 彈性變形 圖2-3-2 塑性變形 圖2-3-3 產(chǎn)生裂紋四、沖裁零件斷面分析圖2-4 沖裁零件的斷面1、斷面分析由于沖裁變形的特點(diǎn)，使沖出的工件斷面明顯的分成四個(gè)特征區(qū)，即圓角帶、光亮帶、斷裂帶與毛刺區(qū)域。1）、圓角帶圓角帶俗稱塌角，它是當(dāng)凸模下降，刃口剛壓入板料時(shí)，刃口附近產(chǎn)生彎曲和伸長變形，刃口附近的材料被帶進(jìn)模具間隙的結(jié)果。2）、光亮帶這個(gè)區(qū)域發(fā)生在塑性變性階段。主要是由于金屬板料產(chǎn)生塑性剪切的材料在和模具側(cè)面接觸中被模具側(cè)面擠光而形成的光亮垂直的斷面。通常占整個(gè)斷面的1/21/3。3）、斷裂帶這個(gè)區(qū)域是在斷裂階段形成的，是由刃口處的微裂紋在拉應(yīng)力的作用下，不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色，且?guī)в行倍取?）、毛刺毛刺的形成是由于在塑性變形階段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工材料一定深度時(shí)，刃口正面材料被壓縮，刃尖部分為高靜水平壓應(yīng)力狀態(tài)，使裂紋起點(diǎn)不會(huì)在刃尖處發(fā)生，而是在模具側(cè)面距刃尖不遠(yuǎn)的地方發(fā)生，在拉應(yīng)力作用下，裂紋加長，材料斷裂而產(chǎn)生毛刺。裂紋的產(chǎn)生點(diǎn)和刃尖的距離成為毛刺的高度。在普通沖裁中，毛刺是不可避免的。2、影響各斷面區(qū)域的因素影響圓角帶大小的因素有材料本身的性質(zhì)，工件的輪廓形狀，凸凹模的間隙等等；影響光亮帶的因素有材料自身塑性的好壞，（塑性越好，光亮帶越大），模具凸凹模間隙及刃口磨損程度等等；影響斷裂帶的因素有材料自身的塑性等等（塑性越差，斷裂帶越大）；毛刺是塑性變形后期的結(jié)果，普通沖裁中，毛刺是不可避免的。五、影響沖裁件質(zhì)量的因素沖裁件質(zhì)量是指其切斷面質(zhì)量、尺寸精度、及形狀誤差。高質(zhì)量的沖裁件應(yīng)具備的條件有：切斷面應(yīng)平直、光潔，無裂紋、撕裂、夾層，毛刺盡可能??；零件表面應(yīng)盡可能平整；零件尺寸應(yīng)符合要求。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸凹模的間隙大小及分布的均勻性；模具的刃口狀態(tài)；模具的結(jié)構(gòu)和制造精度；材料的性質(zhì)（包括機(jī)械性能、化學(xué)成分等等）。其中，凸凹模間隙的大小及分布的均勻性是影響斷面質(zhì)量的主要因素。六、沖裁件的簡單排樣1、 排樣在沖壓零件成本中，材料費(fèi)占60以上，因此材料的經(jīng)濟(jì)利用是一個(gè)重要問題。沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣。排樣不合理就會(huì)浪費(fèi)材料，衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)是材料利用率，也就是工件的實(shí)際面積與板料面積的比值，即：材料利用率（工件實(shí)際面積/板料面積）x100由材料利用率的計(jì)算公式可看出，若能減少廢料面積，則可提高材料利用率。廢料分為工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料兩種。搭邊和余料屬于工藝廢料，這是與排樣形式及沖壓方式有關(guān)的廢料；結(jié)構(gòu)廢料是由工件的形狀特點(diǎn)決定的，一般不能改變。所以只有設(shè)計(jì)合理的排樣方案，減少工藝廢料，才能提高材料利用率。搭邊：工件與工件及工件與板料側(cè)邊留下的余料稱為搭邊。搭邊取值過小，容易損傷模具，影響零件最終的斷面質(zhì)量。2、 排樣示例1）、普通排樣（如圖2-6-2-1） 圖2-6-2-1 普通排樣2）、對(duì)頭排樣（如圖2-6-2-2） 圖2-6-2-2 對(duì)頭排樣3）、公司現(xiàn)生產(chǎn)零件（如圖2-6-2-3）下圖為武漢東風(fēng)沖壓件有限公司現(xiàn)生產(chǎn)中的神龍富康轎車零件螺母板（7551725880）的落料沖孔工序示意圖 圖2-6-2-3 對(duì)頭排樣 公司現(xiàn)生產(chǎn)零件第三章 彎 曲一、 彎曲將板料、棒料、管材、型材等彎成具有一定形狀和角度的零件的成形方法。如：V形件、U形件、L形件以及其他形狀的零件等等，（如圖3-1所示）。圖3-1 彎曲件示意圖二、中性層板料彎曲時(shí)，外層纖維受拉，內(nèi)層纖維受壓，在拉伸與壓縮之間存在著一個(gè)既不伸長也不壓縮的纖維層，稱為中性層。一般在計(jì)算壓彎件毛坯時(shí)，都是根據(jù)中性層的不變來計(jì)算的。三、簡單彎曲件毛坯的計(jì)算我們已知板料彎曲時(shí)，中性層的長度不變，因此，彎曲件工藝設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)彎曲前、后中性層長度不變的原則來確定彎曲件的毛坯展開長度和尺寸。下面以“L”形彎曲件為例，簡述展開長度的計(jì)算方法（如圖3-3所示）： 圖3-3 L形彎曲件毛坯展開長度可按下式計(jì)算：LL1+L2+（/2）*（r+x0*t）式中： L 彎曲件展開長度，單位為mm；L1、L2彎曲件直邊部分長度，單位為mm； r彎曲件內(nèi)彎曲半徑，單位為mm； x0中性層內(nèi)移系數(shù)； t彎曲件原始厚度（料厚），單位為mm；其中：中性層內(nèi)移系數(shù)x0可根據(jù)相關(guān)資料查表取值。四、彎曲回彈1、回彈板料在常溫下彎曲總是伴有彈性變形的，所以在卸載以后，總變形中的彈性變形部分立即恢復(fù)，引起工件回彈?；貜椀慕Y(jié)果表現(xiàn)在彎曲件曲率和角度的變化。2、 影響回彈的因素彎曲件回彈值與材料的性能、彎曲角度、模具結(jié)構(gòu)、彎曲方式（自由彎曲、校正彎曲）、彎曲件的形狀等因素有著密切的關(guān)系。僅僅靠理論計(jì)算出的回彈量是不夠精確的，在現(xiàn)生產(chǎn)中，往往是通過模具的調(diào)整和修磨，將回彈量控制在允許的范圍之內(nèi)。3、 減少回彈的措施1）、改進(jìn)彎曲件局部結(jié)構(gòu)和選用合適的材料例如，在彎曲件變形處壓制加強(qiáng)筋，用以提高零件剛度減少回彈，如圖3-4-3-1所示： 圖3-4-3-1 壓制加強(qiáng)筋減少回彈2）、補(bǔ)償法根據(jù)彎曲件的回彈趨勢和回彈量的大小，修正凸?；虬寄９ぷ鞑糠值男螤詈统叽?，使工件的回彈量得到補(bǔ)償。一般來說，補(bǔ)償法是消除彎曲件回彈最簡單的方法，在現(xiàn)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。3）、校正法板料彎曲時(shí)，中性層外側(cè)纖維拉長，內(nèi)側(cè)纖維被壓縮。卸載以后，外側(cè)纖維要縮短，內(nèi)側(cè)纖維要伸長，內(nèi)外纖維的回彈趨勢是將板料復(fù)制，所以回彈量較大。如果在彎曲行程終了時(shí)，對(duì)板料施加一定的校正壓力，迫使彎曲處內(nèi)層的金屬產(chǎn)生切向拉伸應(yīng)變，那么板料經(jīng)校正以后，內(nèi)、外層纖維都被伸長，卸載后都要縮短，內(nèi)、外層的回彈趨勢相反，回彈量將會(huì)減小，從而達(dá)到克服或減小回彈的目的。4）、拉彎法板料在拉力下彎曲，可以改變板料內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，使中性層內(nèi)側(cè)的壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力狀態(tài)，此時(shí)，板料整個(gè)剖面上都處于拉應(yīng)力作用下，而卸載后，內(nèi)、外層纖維的回彈趨勢互相抵消，因此可以減小回彈。第四章 拉 深一、 拉深簡介1、 拉深是將板料在具有一定圓角半徑的凸、凹模的作用下，加工成各種零件的一種成形方法。它在汽車、拖拉機(jī)、飛機(jī)、電器、儀表等各行業(yè)均有廣泛的應(yīng)用。2、 幾種簡單拉深件示例（如圖4-1-2-1和圖4-1-2-2所示）： 圖4-1-2-1 帶法蘭邊的直壁圓筒形零件圖4-1-2-2 不帶法蘭邊的直壁盒形零件二、拉深的主要缺陷及主要防止措施1、 起皺及其防止措施拉深過程中，毛坯法蘭在切向壓應(yīng)力的作用下，可能產(chǎn)生塑性失穩(wěn)而引起起皺，甚至使坯料不能通過凸凹模間隙而被拉斷。輕微起皺的坯料雖然可以通過間隙，但會(huì)在筒壁上留下痕跡，影響其表面質(zhì)量。起皺主要是由于法蘭的切向壓應(yīng)力超過了坯料的臨界壓應(yīng)力所引起。起皺首先開始于毛坯法蘭外緣處。常用的防止起皺的方法有：加大壓邊力，采用拉深筋，此外，還應(yīng)從零件形狀、模具設(shè)計(jì)、拉深工序的安排、沖壓的條件及材料本身的特性等多方面考慮。2、 拉裂及其防止措施拉裂主要是因?yàn)椴牧狭鲃?dòng)的速度大于材料變形速度而產(chǎn)生的。常用的防止拉裂的方法有：調(diào)整設(shè)備氣墊壓力（減小壓邊力），增加凸模表面的粗糙度，改善凸緣的潤滑條件（涂抹潤滑油），選用高性能的材料等。三、公司現(xiàn)生產(chǎn)中典型拉深件示例1、 油底殼圖4-3-1 油底殼生產(chǎn)工藝流程油底殼屬于較復(fù)雜的拉深件，它的主要特點(diǎn)是材料變形量大，拉深深度大，法蘭面平度要求高。該零件采用的是一次拉深成形的工藝（如圖4-3-1所示）。2、 出水管接頭圖4-3-2 出水管接頭生產(chǎn)工藝流程出水管接頭為神龍富康轎車發(fā)動(dòng)機(jī)出水室與出水管的聯(lián)接接頭，對(duì)法蘭面的平整度有很高要求。該零件經(jīng)反復(fù)測算，最終定為三道拉深工序（如圖4-3-2所示）。第五章 脹形、翻邊與壓印一、 脹形利用模具強(qiáng)迫板料厚度減薄和面積增大，以獲得零件的幾何形狀的沖壓方法。例如：壓制加強(qiáng)筋、壓制凸臺(tái)等（如圖5-1-1和圖5-1-2所示）。 圖5-1-1 加強(qiáng)筋 圖5-1-2 凸臺(tái)二、 翻邊利用模具將板料上的孔緣或外緣翻直的沖壓方法，稱為翻邊。按其工藝特點(diǎn)可以劃分為內(nèi)孔（圓孔或非圓孔）翻邊、外緣翻邊和變薄翻邊等。按變形性質(zhì)可劃分伸長類翻邊、壓縮類翻邊及屬于體積成形的變薄翻邊等。圖5-2所示為內(nèi)孔翻邊（翻孔）。 圖5-2 內(nèi)孔翻邊三、 壓印壓印是使材料厚度發(fā)生變化，并使材料充滿模腔，在零件表面上形成起伏花紋或字樣的工序，壓印屬于體積變形。壓印應(yīng)用最廣泛和最典型的例子是用金屬板來制造硬幣、紀(jì)念章及在鐘表業(yè)和餐具等的藝術(shù)壓印。我公司現(xiàn)生產(chǎn)中，除零件自身結(jié)構(gòu)特殊性（例如零件過小）制約外，均要求壓印標(biāo)識(shí)。公司現(xiàn)生產(chǎn)零件壓印內(nèi)容為廠標(biāo)（DSC）、零件更改標(biāo)記、生產(chǎn)批次代碼、左右件標(biāo)識(shí)等，如果有特殊要求，則按特殊要求進(jìn)行壓印。第六章 沖壓工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容簡介沖壓件的生產(chǎn)過程包括原材料準(zhǔn)備、沖壓以及其他輔助工序（如退火、酸洗、表面處理等）。沖壓工藝的編制設(shè)計(jì)，是根據(jù)本單位的實(shí)際狀況和生產(chǎn)條件，對(duì)以上這些工序做出合理的安排，找出一種技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的工藝方案。編制沖壓工藝過程需要考慮的問題是多方面的，其主要內(nèi)容有：1、 對(duì)沖壓件進(jìn)行工藝分析；2、 通過分析比較，確定最佳工藝方案；3、 確定模具結(jié)構(gòu)形式；4、 合理選擇沖壓設(shè)備；5、 編寫工藝文件。工藝文件根據(jù)各公司生產(chǎn)狀況不同而不同，我公司主要工藝文件有：工藝卡、控制計(jì)劃、作業(yè)指導(dǎo)書、過程潛在失效模式分析、過程流程、場地平面物流圖、特殊特性分類等等。各個(gè)零件不同，因此在編制沖壓工藝過程時(shí)，要具體零件具體分析。第七章 工藝文件介紹一、 沖壓工藝卡圖7-1-1 沖壓工藝卡（首頁）圖7-1-2 沖壓工藝卡（續(xù)頁）如圖7-1-1和圖7-1-2所示為我公司沖壓工藝卡的首頁和續(xù)頁，下面就其內(nèi)容簡要介紹：車間欄填寫該零件的具體生產(chǎn)車間，我公司為“沖壓車間”；工藝路線欄填寫該零件的具體制造流程，例如：剪切/沖壓/成品庫；文件編號(hào)欄為公司文件管理的統(tǒng)一編號(hào)，例如：DSC02-CY-100；產(chǎn)品更改標(biāo)記、材料牌號(hào)、規(guī)格、重量、尺寸、消耗定額、利用率等欄目據(jù)實(shí)填寫；工序號(hào)欄填寫各工序的編號(hào)，例如：我公司剪切工序?yàn)镸，各沖壓工序?yàn)?0、20、30依此類推；檢驗(yàn)工序?yàn)樽罱K工序號(hào)加J，例如40J；工序名稱及內(nèi)容欄填寫該工序的具體名稱，操作內(nèi)容及要點(diǎn)；工序草圖為該工序操作示意圖；設(shè)備名稱及型號(hào)、工裝及量具、輔助材料、班產(chǎn)量、操作人數(shù)等根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際狀況據(jù)實(shí)填寫；另外，模具所附帶的打桿、托桿及其它輔助裝置也填寫在工裝一欄，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)按要求選用；簽字欄為設(shè)計(jì)、校對(duì)等各個(gè)負(fù)責(zé)人員簽名；二、 作業(yè)指導(dǎo)書如圖7-2-1所示為公司現(xiàn)生產(chǎn)零件“齒輪室蓋”的操作作業(yè)指導(dǎo)書。它將該零件操作過程中一些細(xì)化的操作要點(diǎn)加以明確，以方便生產(chǎn)操作人員具體操作。 如圖7-2-2和圖7-2-3所示為公司現(xiàn)生產(chǎn)零件“齒輪室蓋” 的托桿安裝作業(yè)指導(dǎo)書。圖7-2-2中，規(guī)定了每套模具所用托桿尺寸及規(guī)格，圖7-2-3中，則對(duì)托桿的安裝位置作出了具體要求。操作人員可以直接安圖示位置裝托桿，大大節(jié)省了輔助時(shí)間和提高了勞動(dòng)效 圖7-2-1 作業(yè)指導(dǎo)書 圖7-2-2 作業(yè)指導(dǎo)